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ECAP辅助的纯铜晶界工程研究

作　者: 张军辉
导　师: 杨森
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料学
关键词: 纯铜 等径角挤压 退火处理 晶界工程 晶界特征分布
分类号: TG146.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


金属材料发生腐蚀是材料失效的主要原因,采用形变退火的晶界工程方法可以有效地提高材料的抗腐蚀性。本文所用材料为典型面心立方金属的工业纯铜(99.97%),通过运用等径角挤压(ECAP)技术引入应变,后续的热处理来改变纯铜组织结构和晶界特征分布,利用OM、SEM、EBSD技术对比研究了等径角挤压、轧制和退火处理对纯铜组织和性能的影响,初步探求了ECAP应用于晶界工程的可行性。得到了以下主要结论：(1)等径角挤压引入的应变量较大,对纯铜晶粒细化作用更明显,ECAP 4道次之后纯铜的晶粒尺寸约为1μm,硬度达到约160HV,而90%冷轧之后纯铜硬度约为125HV,但另一方面,ECAP和大变形量冷轧都会降低纯铜的抗腐蚀性。(2)ECAP和后续退火处理可以控制纯铜的组织结构,通过ECAP挤压道次、退火温度和退火时间的综合运用可以显著提高纯铜中特殊晶界特别是∑3n晶界的比例,材料的抗腐蚀性能得到明显增强。(3)ECAP 1道次后退火处理2min的试样具有最好的抗腐蚀效果,试样内部生成了大量退火孪晶并打断了大角度晶界的网络连通性,其特殊晶界比例达到72.5%,实现了材料的晶界特征分布优化,充分说明了ECAP技术应用于晶界工程可行性。而退火5min之后试样特殊晶界比例特别是∑3晶界的比例显著下降,抗腐蚀性降低,说明高温下退火时间的延长并不能促进纯铜退火孪晶的形成。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第一章 绪论  11-25
  1.1 引言  11
  1.2 晶界设计与控制  11-13
    1.2.1 晶界  11-12
    1.2.2 晶界工程  12-13
  1.3 晶界工程的分类  13-16
    1.3.1 基于退火孪晶的晶界工程  13-16
    1.3.2 基于织构的晶界工程  16
    1.3.3 基于原位自协调的晶界工程  16
    1.3.4 基于合金化改善晶界特征的晶界工程  16
  1.4 晶界设计  16-19
    1.4.1 晶界设计的实现方法  16-17
    1.4.2 GBCD优化的判据  17-18
    1.4.3 晶界特征分布的测定  18-19
  1.5 晶界工程的研究进展  19-21
    1.5.1 304不锈钢  19
    1.5.2 镍及镍基合金  19-20
    1.5.3 铜及铜合金  20
    1.5.4 铝及铝基合金  20-21
    1.5.5 铅基合金  21
  1.6 两种变形方式的比较  21-24
    1.6.1 轧制变形  21-22
    1.6.2 ECAP变形  22-24
  1.7 论文研究的主要内容  24-25
第二章 实验过程和方法  25-33
  2.1 实验材料  25
  2.2 实验仪器  25
  2.3 实验过程  25-26
  2.4 实验方法  26-27
    2.4.1 固溶处理  26
    2.4.2 ECAP变形  26
    2.4.3 冷轧变形  26-27
    2.4.4 热处理  27
  2.5 分析测试方法  27-33
    2.5.1 显微硬度测试  27
    2.5.2 金相观察  27-28
    2.5.3 腐蚀实验  28
    2.5.4 扫描电镜观察  28
    2.5.5 电化学测试  28-31
    2.5.6 EBSD测试  31-33
第三章 ECAP和大变形量冷轧对纯铜的影响  33-46
  3.1 多晶体的塑性变形机制  33
  3.2 原材料的组织和晶界特征分布分析  33-35
  3.3 ECAP对纯铜组织和性能的影响  35-39
    3.3.1 ECAP对纯铜组织的影响  35-36
    3.3.2 ECAP对纯铜显微硬度的影响  36-37
    3.3.3 ECAP对纯铜抗腐蚀性能的影响  37-39
  3.4 冷轧对纯铜组织和性能的影响  39-42
    3.4.1 冷轧对纯铜组织的影响  39-40
    3.4.2 冷轧对纯铜显微硬度的影响  40-41
    3.4.3 冷轧对纯铜抗腐蚀性能的影响  41-42
  3.5 ECAP和冷轧对纯铜腐蚀性能影响的对比  42-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章 退火处理对ECAP和冷轧变形纯铜的影响  46-61
  4.1 冷变形金属的再结晶  46-47
  4.2 ECAP+540℃退火处理对纯铜的影响  47-50
    4.2.1 ECAP+540℃退火处理对纯铜抗腐蚀性能的影响  47
    4.2.2 ECAP+540℃退火处理对纯铜组织的影响  47-48
    4.2.3 ECAP+540℃退火处理对纯铜晶界特征分布的影响  48-50
  4.3 ECAP+860℃退火处理  50-54
    4.3.1 ECAP+860℃退火处理对纯铜抗腐蚀性能的影响  50
    4.3.2 ECAP+860℃退火处理对纯铜组织的影响  50-51
    4.3.3 ECAP+860℃退火处理对纯铜晶界特征分布的影响  51-54
  4.4 冷轧变形+860℃退火处理对纯铜的影响  54-57
    4.4.1 冷轧+860℃退火对纯铜抗腐蚀性能和组织的影响  54-55
    4.4.2 冷轧+860℃退火对纯铜晶界特征分布的影响  55-57
  4.5 ECAP和冷轧纯铜热处理后腐蚀结果对比  57-59
  4.6 本章小结  59-61
第五章 结论  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-68
附录  68

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 重有色金属及其合金 > 铜
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